JPH04157135A - 高強度ばね用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車、航空機器、各種産業機械等々におい
て使用される高強度ばね用銅に関するものである。

［従来の技術］ 近年、自動車は燃料費節減のため、軽量化が強く要求さ
れており、この要望は種々のパーツに及んでいて、懸架
装置も例外ではない。これに対する対策としては懸架ば
ねの設計応力を高く設定することが考えられる。すなわ
ち、ばねを高強度化することが効果的である。現在、懸
架ばね用銅として、Ｓｔ−Ｍｎ系のＳＵＰ　７．５ｉ−
Ｃｒ系のＳＵＰ　１２が主に用いられているが、さらに
設計応力を高くするには、これらの鋼種より高強度化す
る必要がある。一般に鉄鋼材料の強度は、硬度と相関性
が強いが、ばね用銅の硬度を高くすると靭性が低下する
心配があった。

すなわち現用のばね角鋼以上の硬さを得るには靭性の低
下がまぬがれないことであった。懸架ばねを高硬度化す
る際に、その信頼性を保証するには靭性も現用銅以上に
する必要があった。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明では現状のばね角鋼以上の硬度を有し、
かつ靭性は現状以上のものを得ることを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は硬さと靭性に及ぼす各種元素の影響を調査し
た結果、次の関係式が得られた。

Ｈｖ　＝　５２ｆｔ、２８４＋Ｌ４０．８５５（Ｃ％）
＋３３．３３４（ＳｉＸ）−３１，８８（１（ＭｎＸ）
−４，３４９（Ｎｆ％）−１１，３５９（ＣｒＸ）＋２
４．６３１（ＭｏＸ）＋１７．３０６（Ｖ％）＋ｌｌｌ
１．８３１（ＮｂＸ）＋８５６．０４０（４１％）（重
相関係数１？−０，９７（１）。

シャルピー値Ｃｐ　（ｋｇｆ’−＊／ｃｍ’　）　−５
，９５１−７，７２８（Ｃ％）＋（１，６３ｔ（ＳｉＸ
）＋ＯＪ７１（ＭｎＸ）＋０．１２３（Ｎｉ％）＋（１
，８２４（Ｃｒ！％）＋１．５１Ｈ（ＭｏＸ）−５，３
５７（Ｖ％）＋２５．３８８（ＮｂＸ）−１２，４５３
（ＡＩ％）（重相関係数０．９５５） ただし、上記関係式は、焼入れにより十分にマルテンサ
イト化したものを３５０”Ｃで焼戻した場合の計算式で
ある。

これらの結果より、硬さと靭性（ここではシャルピー値
）ともに合金元素と非常に良い相関性が得られることが
判明した。すなわち、高硬度を得るには、Ｃ，Ｓ　ｆ、
Ｍｏ、Ｖ％Ｎｂ及びＡＩの量を調整し、一方、シャルピ
ー値を高くするにはＳｉＳＭｎ、Ｎｉ、ＣｒＳＭｏ及び
Ｎｂの各種の合金元素を調整することによって、硬度と
靭性とを兼ね備えた高強度ばね用銅がえられるという知
見を得た。

すなわち、本発明は、重量％て、Ｃ：　０．４０〜０．
７０％、Ｓ　ｉ　　：　０．５０〜２．００％、Ｍｎ：
０．５０超〜１．５０％、Ｎ　ｉ　：　０．５（１−２
，５０％、Ｃｒ　：　０．２０〜１゜５０％　、　　Ｍ
　　ｏ　　：　　０．８０　超　〜　１．５０　％　、
　　Ｖ　　：　　０．０１〜０．５０％、Ｎ　ｂ　：　
０．０１〜０．５０％、Ａ　ｌ：　　０．００５〜０．
１００％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物から
なる高強度ばね用銅である。

本発明における成分の限定理由はつぎのとおりである。

Ｃ；Ｃは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、０
．４０％未満ではばねとしての必要な強度を得ることが
できず、０，７０％を超えるとばねが脆くなり過ぎるの
で、口、４０〜０．７０％の範囲とした。

Ｓｉ：Ｓｉはフェライト中に固溶することにより鋼の強
度を向上させるのに有効な元素であるが、０．５０％未
満ではばねとしての必要な強度を得ることができず、２
，００％を超えるとばねを熱間で加熱成形する際、表面
の脱炭を生じやすく、ばねの耐久性に悪い影響を与える
ので、０．５０〜２．００％の範囲内とした。

Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入性を向上させるのに有効な元素で
あり、０．５０％を超えて必要であるが、１．５０％を
超えると靭性を阻害するため、その範囲を０．５０％超
えて１．５０％以下とした。

Ｎｉ：Ｎｉは鋼の焼入性を向上させるのに有効な元素で
あり、０．５０％以上が必要であるが、２．５０％を超
えると焼入れ、焼戻し後のばねの残留オーステナイトが
増大し、ばねの疲労強度に悪影響を及ぼすので、その範
囲を０．５０〜２．５０％とした。

Ｃｒ：Ｃｒは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが
、０．２０％未満ではばねとしての必要な強度を得るこ
とができず、１．５０％を超えると靭性が劣化するので
、その範囲を０．２０〜１．５０％とした。

Ｍｏ：Ｍｏは焼入性を確保し、鋼の強度と靭性を高める
元素であるが、０．６０％以下ではそれらの効果を十分
に期待することができず、また、１．５０％を超えると
粗大炭化物を析出しやすく、ばね特性を劣化させるので
、その範囲を０．６０〜１，５０％とした。

Ｖ：ｖは鋼の強度を高める元素であるが、０．０１％未
満ではそれらの効果を十分に期待することができず、ま
た、０．５０％を超えるとオーステナイト中に溶解され
ない炭化物が増加し、ばね特性を劣化させるため、その
範囲を０．０１−０．５０％とした。

Ｎｂ：Ｎｂは結晶性の微細化及び微細炭化物の析出によ
り鋼の強度と靭性を高める元素であるが、１１．０１％
未満ではその効果を十分に期待することができず、また
、０．５０％を超えるとオーステナイト中に溶解されな
い炭化物が増加し、ばね特性を劣化させるため、その範
囲を０．０１−０．５０％とした。

Ａｌ　：Ａ１は脱酸剤及びオーステナイト結晶粒度の調
整を図るために必要な元素であり、０、（１０５％を下
まわる場合には結晶粒の微細化か図れず、一方、０．１
００％を超える場合には鋳造性を低下させ易くなるから
、その範囲を０．００５〜０．１００％とした。

本発明鋼は、以上のような成分を有するものであるが、
この製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるいは連続鋳
造、分塊圧延さらに棒鋼圧延又は線材圧延の工程を経て
ばね鋼を得ることができる。その後、熱間コイルばね成
形、焼入れ焼戻し、ショットピーニング及びセッチング
などの後処理を行い、高強度コイルばねが得られる。

［実施例］ 第１表は、供試鋼の化学成分と焼入れ後３５０℃で焼戻
したときの硬さとシャルピー値との関係を示したもので
ある。発明鋼は従来鋼及び比較鋼よりシャルピー値が高
いことがわかる。

次に発明鋼Ｎｏ、２２と従来鋼Ｎｏ、Ｈを用いて鋼塊を
作成し、圧延比５０以上で熱間圧延し、熱間ばね成形、
焼入焼戻し、ショットピーニング及びセッチングを行っ
た。第２表は供試ばねの諸元である。ばねの硬さは発明
鋼がＨｖ　８２０　、従来鋼はＨｖ５３０になるように
調整した。

第２表 これらのばねを用いて耐久試験を行った結果を第３表に
示す。発明鋼は従来鋼より応力条件を高めても同等の寿
命は確保できることを示している。

第３表 また、第４表は発明鋼Ｎｏ、２２と従来鋼Ｎｏ、１１の
コイルばねの締付試験の結果である。発明鋼は従来鋼よ
り高応力な条件の下でも従来鋼と同等の耐へたり性は確
保できることを示している。

すなわち、発明鋼は従来鋼より高応力で使用されるばね
に適用することができる高強度ばね鋼である。従来より
ばねを高強度すなわち高硬度にしてもシャルピー値が高
いので、ばねの信頼性を保証することができる。

第４表 ［発明の効果］ 本発明は、コイルばねに適用した場合、寿命および耐へ
たり性が優れている高強度ばね鋼で、各種産業用機器に
組込んで効果が大きい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．５０
   〜２．００％、Ｍｎ：０．５０超〜１．５０％、Ｎｉ：
   ０．５０〜２．５０％、Ｃｒ：０．２０〜１．５０％、
   Ｍｏ：０．６０超〜１．５０％、Ｖ：０．０１〜０．５
   ０％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、Ａｌ：０．００５
   〜０．１００％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純
   物からなることを特徴とする高強度ばね用鋼。